Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

Подолинский С.А.
Труд человека и его отношение к распределению энергии. Гл. I-IV
Oб авторе
  1. СОДЕРЖАНИЕ:
    От издателя
    П.Г. Кузнецов. «Его действительное открытие...»
    Глава I. Что такое энергия? Ее сохранение и рассеяние
    Глава II. Превратимая энергия на Земле
    Глава III. Сбережение энергии
    Глава IV. Появление организмов. Значение растений в распределении энергии
    Глава V. Значение животных и человека в распределении энергии. Понятие о труде
    Глава VI. Происхождение способности к работе в организме человека
    Глава VII. Человек как термическая машина
    Глава VIII. Труд как средство для удовлетворения потребностей
    Глава IX. Различные роды труда и их отношение к распределению энергии
    Глава X. Труд, направленный на производство механической работы
    Глава XI. Расхищение и накопление энергии
    Глава XII. Общие выводы
ОТ ИЗДАТЕЛЯ

Имя Сергея Андреевича Подолинского — автора монографии «Труд человека и его отношение к распределению энергии», существовавшей до сих пор в редчайших ксерокопиях и в нескольких библиотеках страны в фондах с ограниченным доступом, — практически не знакомо ни философам, ни экономистам, ни историкам. Ему не нашлось места ни в одном из изданных энциклопедических словарей. Да и в Большой Советской Энциклопедии о нем упоминается лишь как о крупном революционном демократе, развивавшем экономические идеи,... с неизменным «приговором» Энгельса: Подолинский «сбился с пути...» 1.

А между тем выводы ученого, не понятого и отвергнутого классиками марксизма, давали уже тогда и дают теперь прекрасную возможность разобраться в стихии жизни, сделать выбор в пользу научного мировоззрения, а значит и заложить прочные основания обществознания, отсутствие которых все более трагическим образом определяет судьбу мира, все более зримо рисует перспективу социального инферно.

«Забытым научным новатором» назвал С. А. Подолинского наш соотечественник В. И. Вернадский. Работы С. А. Подолинского, и прежде всего статья «Труд человека и его отношение к распределению энергии», заложили основы новой, совершенно оригинальной теории труда, не только как экономической, но и нравственной категории, рассматриваемой под углом естественнонаучных процессов. Если бы не оборвалась трагически научная карьера этого умного и начитанного социолога-естественника; если бы общественное устройство действительно диктовалось волей разума; если бы на «Труде» Подолинского зижделся «Капитал» Маркса... Впрочем, история не терпит сослагательного наклонения.

Идеи С. А. Подолинского получили подтверждение и усиленное развитие в учении о ноосфере; его мысли все чаще звучат в последнее время на различных научных и научно-практических конференциях, включая международные, успешно доказывая свою плодотворность в, казалось бы, совершенно далеких от первоначального предмета непосредственного исследования направлениях социальной практики. И все же им еще только предстоит по-настоящему утвердиться в современном научном знании. Именно с этой целью предпринимается издание главного и наиболее интересного произведения С. А. По-долинского — мыслителя, деятеля, столь много обещавшего и отечеству и науке, — «Труд человека и его отношение к распределению энергии». Это тем более примечательное событие, что отдельной книгой монография выходит впервые со времени ее написания в 1880 году.

* * *

Предлагаемый здесь текст статьи С. А. Подолинского в общем соответствует тому виду, в каком она была напечатана при жизни автора в журнале «Слово»; в некоторых случаях, когда можно было с большой вероятностью предполагать описку или опечатку,.редактором сделаны соответствующие изменения  2.

Орфография и пунктуация подлинника в настоящем издании сохранялись настолько, насколько они не вступали в слишком явное противоречие с ныне существующими на этот счет нормами. Кроме того, оригинальная пунктуация, насыщенная и довольно сложная, впрочем, не настолько, чтобы делала необходимым более простое и ясное — «линейное», если так можно выразиться, — изложение, сохраняет особую смысловую выразительность и стилистическую окрашенность, лишить которых статью было бы против замысла ее автора.

«ЕГО ДЕЙСТВИТЕЛЬНОЕ ОТКРЫТИЕ...»

Начнем с того пункта, который принимается любым участником любого обсуждения: все хотят увеличить темп роста производства. Для увеличения темпа роста производства надо производить больше, чем потребляется на «простое воспроизводство». Этот излишек над простым воспроизводством есть:

1. В натуральном выражении —прибавочный продукт.

2. В денежном выражении —прибыль. Но и прибавочный продукт и прибыль — это излишек над системой простого воспроизводства.

Мы утверждаем, что этот излишек над системой простого воспроизводства, выраженный языком физико-математических наук, есть излишек над «кажущимся коэффициентом полезного действия в сто процентов»! Мы знаем, что это утверждение порождает эффект удивления. Действительно, каждый из нас по курсам физики как средней, так и высшей школы знает, что этого не может быть потому,.. что этого не может быть никогда!

Если бы это не было действительно удивительным, то не было бы ничего нового. Теперь мы стоим перед выбором: или высказанное утверждение не научно, или мы имеем дело с «действительным открытием», совершенным более века назад С. А. Подолинским.

Между тем можно дать исчерпывающее объяснение этому весьма удивительному факту.

Известно, что к социализму ведут два пути: первый — от обездоленных пролетариев, которым нечего терять, кроме своих цепей, второй — со стороны бесстрашных ученых-теоретиков, которые открывают объективный закон исторического развития человечества, прокладывающий свой путь через хаос кажущихся блужданий. К числу последних и принадлежит Сергей Андреевич Подолинский.

С. А. Подолинский окончил физико-математический факультет Киевского университета в 1871 году. Во время учебы в университете он посещал занятия кружка Н. И. Зибера, известного популяризатора экономического учения К. Маркса. В 1876 году С. А. Подолинский кончает медицинский факультет Вроцлавского университета, основательно изучает политическую экономию, историю, философию и другие науки.

Казалось бы. что нет никакой связи между украинским социалистом Сергеем Андреевичем Подолинским и лауреатом Нобелевской премии, иностранным членом АН СССР Ильей Романовичем Приго-жиным.

И. Р. Пригожин, известный бельгийский ученый, в своей книге «Порядок из хаоса» (1984 г., перевод 1986 г.) пишет: «Идея истории природы как неотъемлемой части материализма принадлежит К. Марксу и была более подробно развита Энгельсом. Таким образом, последние события в физике, в частности открытие конструктивной роли необратимости, поставили в естественных науках вопрос, который давно задавали материалисты. Для них понимание природы означало понимание ее как способной порождать человека и человеческое общество».

Но этот же самый научный результат, о котором пишет И. Пригожин, был получен С. А. Подолинским более ста лет назад. В этом нет ничего удивительного: когда наступает момент признания некоторой новой идеи, то легко обнаружить эту же самую идею в давно забытых трудах наших предшественников.

Так произошло и с Сергеем Андреевичем Подолинским, изучавшим вопрос: может ли существовать такой класс процессов природы, который характеризуется коэффициентом полезного действия свыше ста процентов?

Историческая традиция современной науки до работ И. Пригожина отвечала совершенно однозначно: «Нет!».

Сергей Андреевич Подолинский еще в 1880 году ответил: «Да».

Таким процессом, который характеризуется коэффициентом полезного действия свыше ста процентов, является человеческий труд! Изучив весьма тщательно «Капитал» К. Маркса, он поставил перед собою сверхзадачу — найти естественнонаучные основы социализма.

Приняв во внимание эти соображения, легко теперь понять, что процесс человеческого труда есть такой особенный процесс природы, который можно считать усилителем мощности. Само собою разумеется, что для «усиления» мощности на самом деле необходимо «улавливать» тот или иной поток энергии. Одним из самых простых примеров «улавливания» потока энергии является фотосинтез — тот самый фотосинтез, который и обеспечивает рост растений.

Эффект усиления мощности прямо бьет нам в глаза в условиях сельскохозяйственного производства: затраты энергии земледельца на вспашку, посев, уход за посевом и уборку урожая меньше, чем тот запас энергии, который (под влиянием солнечного света) накоплен в самом урожае. Часть этой энергии вполне достаточна для выполнения всех работ будущего года, а излишек (он-то и делает коэффициент полезного действия больше ста процентов!) образует субстанцию «прибавочного продукта». Та часть энергии, которая позволяет выполнить все работы будущего года, то есть характеризует процесс «простого воспроизводства», и есть те самые 100%!

Здесь-то и раскрывается физическая природа «прибавочного продукта». Этот результат Подолинского (по отношению к сельскохозяйственному производству) Энгельс и назвал «его действительным открытием...».

С другой стороны, Энгельс отметил, «...то, что человек делает посредством труда сознательно (выделено мной. — П. К.), то растение делает бессознательно. Растения — это давно уже известно — представляют собой великих поглотителей и хранителей солнечной теплоты в измененной форме. Следовательно, своим трудом, поскольку труд фиксирует солнечную теплоту,.. человеку удается соединить естественные функции потребляющего энергию животного и накапливающего энергию растения».

Сформулированная проблема порождает неизбежные вопросы у современных инженеров и физиков! Но где и как произошло изменение физической теории, что теперь им неизвестны некоторые факты из истории развития физики, которые были известны инженерам и физикам прошлого века?

Уже у Лагранжа был закон сохранения мощности, который он образовывал из произведения силы, умноженной на скорость. Это легко показать на таком механизме, как полиспаст, который использовался для подъема тяжелых грузов и состоял из множества блоков: его действие основано на равенстве произведений — силы тяги работника на скорость перемещения веревки, с одной стороны, и веса поднимаемого груза (много большего веса) на скорость его подъема (которая уменьшалась во столько раз, во сколько вес груза был больше усилия работающего), — с другой.

Действительно, все машины работают на принципе сохранения мощности: выходная мощность = полезной выходной мощности + + мощность потерь внутри машины. Именно это правило встречается у Г. Крона (смотри «Тензорный анализ сетей»); им же в 1855 году пользовался Максвелл; наконец обнаружилось, что сформулировано оно было Лагранжем еще в 1788 году! Тем не менее «закона сохранения мощности» ни в одном учебнике нет.

Между тем именно закон сохранения потока энергии, или сохранения мощности, важен для строгого рассмотрения, например, сельскохозяйственного производства.

Крестьянин расходует мощность на вспашку, посев, уход, уборку, молотьбу и помол зерна. Но к его мощности добавляется мощность потока солнечного света, который и используется растением. Этот поток солнечного света во время вегетационного периода накапливается в зерне получаемого урожая, и накопленная энергия больше, чем та, которую израсходовал крестьянин!

По отношению к энергии, затраченной крестьянином, и возникает «кажущийся» коэффициент полезного действия свыше ста процентов.

Результат С. А. Подолинского по естественнонаучному объяснению процесса труда, безусловно, является выдающимся открытием для науки всего человечества. Но Энгельс не понимал, как это правило может использоваться за рамками сельского хозяйства, т. е. в промышленном производстве.

Конечно, нам необходимо дать ответ Энгельсу, выражавшему сомнение в пригодности подхода Подолинского к различным общественным явлениям, к производству, которые не являются сельскохозяйственным производством.

Обратимся к простейшему механизму — парусу для парусного корабля. Никто не станет расходовать энергию на изготовление паруса, если он не будет экономить мускульную силу гребцов — физиологический источник мощности, — заменяя эту мощность на улавливаемый поток энергии (мощность) ветра.

Никто не станет строить ветряную или водяную мельницу, если эти затраты энергии не дадут экономии силы при помоле зерна, за счет использования потока энергии (мощности) ветра или падающей воды!

Как только мы начинаем обсуждать управление потоками энергии, так сразу исчезают все трудности — поток энергии, захватываемый тем или иным устройством, и является «силой природы», поставленной на службу человеку взамен его мускульной силы.

Но почему же некоторые достижения науки в целом так медленно доходят до практического использования?

Еще в 1880 году С. А. Подолинский опубликовал свой выдающийся научный результат в различных изданиях социалистов на многих языках. Теперь он заслуживает того, чтобы назвать его «законом Подолинского». У нас в России его статья «Труд человека и его отношение к распределению энергии» была опубликована в журнале «Слово» (апрель — май) 1880 г. В том же 1880 году он послал свою статью на французском языке К. Марксу и получил от него теплый и доброжелательный отзыв. Существует, но до сих пор еще не опубликован конспект К. Маркса этой статьи С. А. Подолинского, хранящийся в архиве ИМЛ. В 1881 году он опубликовал свою статью в итальянском журнале «Народ» под названием «Социализм и единство сил природы». В 1883 году была опубликована его статья на немецком языке в «Новом времени».

С. А. Подолинский — физик, математик и врач по образованию, блестящий знаток истории, философии — настолько опередил свое время своим открытием, что, подобно Н. И. Лобачевскому, не дожил до его признания. В 1880 году ему было только 30 лет!

Тем более может показаться неожиданным тот факт, что Россия весьма богата продолжателями развития закона Подолинского, т. е. указывающими на противоположность обмена веществ в живой и неживой природе вообще.

Уже в 1901 году Н. А. Умов предложил ввести в физику закон, который противоположен второму закону термодинамики и который охватывает специфическую особенность всех форм жизни. В 1903 году об этом же говорил К. А. Тимирязев в своей Крунианской лекции в Лондоне. Но завершающий удар противникам этого закона нанес всей своей жизнью в науке В. И. Вернадский.

Два вопроса естественнонаучного знания — проблема жизни и проблема второго закона термодинамики — в действительности являются разными сторонами одной и той же задачи целостного понимания сущности жизни как формы движения, в которой излученная теплота имеет возможность снова сосредоточиться и начать активно функционировать.

Такое развитие существа дела мы и находим у В. И. Вернадского. В его учении о биосфере рассматриваются именно все формы жизни в их взаимной связи. «Живое вещество» В. И. Вернадского охватывает все формы жизни на протяжении всей истории: «живое вещество» — не тело, а процесс! И только для этого процесса как целого и может быть установлен тот «особенный» обмен веществ, а именно «обмен веществ в живой природе», который отличается от «обмена веществ в неживой природе». При этом диалектическое мышление требует, чтобы «предикаты» обмена веществ в живой и неживой природе были не просто различными, а прямо противоположными.

Природный механизм накопления свободной энергии в биосфере исследуется В. И. Вернадским в его учении о живом веществе, или о биосфере, процесс же активного функционирования концентрированной энергии под влиянием трудовой деятельности человека изложен им в учении о ноосфере. Важно заметить, что «понятие ноосферы, которое вытекает из биогеохимических представлений, находится в полном созвучии с основной идеей, проникающей «научный социализм» (В. И. Вернадский. Размышления натуралиста, кн. 2. Научная мысль как планетное явление. М» «Наука», 1977, стр. 67). Таким образом, В. И. Вернадский — блестящий знаток работ Подолинского — успешно завершил его дело.

П. Г. КУЗНЕЦОВ.

Глава I

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГИЯ?
ЕЕ СОХРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ

Труд человека и тех животных, к действиям которых приложимо понятие о труде, есть один из многочисленных видов проявления общей мировой энергии. Как ни разнообразны и сбивчивы в настоящее время понятия о труде, мы надеемся, что в таком общем виде наше определение не встретит возражений. Целью нашей будет попытка, выходя из этого общего положения, выяснить значение условий, сопровождающих происхождение труда, представить главнейшие проявления его в жизни организмов и указать на последствия потребления труда, то есть на последствия воздействия трудящихся людей и животных на окружающую природу. Настоящая статья есть не более как введение к такой работе, и потому вопросы эти затрагиваются в ней только самым общим образом.

Для более удобного понимания нам необходимо начать с краткого очерка учения об энергии, о родах ее, их взаимных превращениях и о мировом рассеянии энергии. Под словом «энергия» какой-либо системы тел нынешняя наука понимает сумму способностей тел этой системы к каким бы то ни было действиям. «Полная энергия системы тел есть величина неизменная для всех состояний, в которые эта система может быть последовательно приведена взаимными действиями различных ее точек». «Полная энергия какой-либо конечной системы есть величина конечная»  3.

Так как все действия тел обусловливаются которою-либо из физических сил, то, следовательно, энергия и представляет собой сумму всех физических сил, заключающихся в данной системе тел. Обыкновенно принимают существование семи различных физических сил: теплоты, света, электричества, магнетизма, химического сродства, частичных сил и всемирного тяготения  4. Сумма этих семи сил, заключающихся в какой-либо уединенной системе тел, то есть такой системе, которая не подвергается никаким внешним влияниям, равна энергии этой системы и представляет собой величину абсолютно неизменную. Примером такой уединенной системы может служить вселенная, количество энергии которой есть величина вечно неизменная. Закон сохранения энергии, в сущности, есть не более как недавнее обобщение давно известного закона механики, начало которому положено еще Гюйгенсом в его предположении, что общий центр тяжести группы тел, колеблющихся под влиянием тяготения около горизонтальной оси, может подняться до своей первоначальной высоты, но не выше ее  5. Это положение, принятое в начале за аксиому, стало впоследствии зародышем той общей идеи, из которой Лейбниц развил принцип сохранения живой силы. Еще более общий вид этому закону был придан Лагранжем, выразившим его в той форме, что сумма виртуальных (возможных) действий системы, находящейся в равновесии, равняется нулю  6.

Закон этот, выведенный первоначально для механики, то есть для непосредственно ощущаемого человеком движения, был применен впоследствии ко всем родам энергии, как только с открытием механической теории тепла была доказана превратимость всех физических сил, всех форм энергии, одних в другие. Такое широкое обобщение было значительно облегчено тем обстоятельством, что в настоящее время все физические силы уже сведены или сводятся на различные формы движения, к которым вполне приложимы законы, выработанные механикой. Теплота, свет, электричество, магнетизм, химическое сродство и частичные силы представляются нам теперь уже не иначе, как под видом колебательных или иных движений мельчайших частиц веществ. Одно тяготение стоит пока в стороне, так как многие принимают его еще за коренное свойство материи, способное обнаруживать свое действие на расстоянии, непосредственно, вопреки ныне известным законам механики. Но и для тяготения теперь уже существуют теории, объясняющие более или менее удовлетворительно все явления его предположением движения мельчайших частиц и непосредственными толчками их о тяготеющие тела; такова, между прочим, известная теория Лесажа 7. Рано или поздно одна из подобных теорий, вероятно, будет принята, и тогда, по справедливому замечанию Тэта 8, мы должны будем признать все роды энергии в конце концов кинетическими, т. е. представляющими собой движение. В различных родах энергии эти движения отличаются между собой, вероятно, только скоростями и кривыми путей, проходимыми движущимися частицами вещества. Тем не менее с практической точки зрения теперь еще выгодно поддерживать различие, существующее между общепринятыми понятиями энергии кинетической и потенциальной. Различие это, совершенно не существенное, если действительно все проявления энергии основаны на движение мельчайших частиц вещества, — очень важно для нас, потому что в тех случаях, где мы имеем кинетическую энергию, движение непосредственно доступно нашему ощущению, например, в текущей воде, падающей лавине, работающей паровой машине, снаряде, выброшенном из орудия, в движении Луны вокруг Земли и т. д. Напротив, в потенциальной энергии движение вещества, хотя также существует, но еще не приняло формы, доступной нашему ощущению, хотя и может принять ее при известных обстоятельствах. Лавина, нависшая над обрывом, паровая машина, нагретая, но еще не работающая, заряженная пушка, пища человека, еще не превращенная в мышечное сокращение при работе, — вот примеры потенциальной энергии.

Мы уже сказали, что сумма энергии всей вселенной есть величина абсолютно неизменная, но нельзя сказать то же о различных частях вселенной. Мы не будем входить уже теперь в рассмотрение атомистических теорий, но из самого того факта, что некоторые небесные тела передают различные виды энергии в большом количестве через мировое пространство другим небесным телам, мы вправе заключить, что эти небесные тела, солнца, содержат в себе сравнительно больше энергии, чем мировое пространство и те небесные тела, планеты и спутники, которые получают энергию под видом тепловых, световых, химических лучей, магнетизма и т. п. от ближайших к ним солнц. Несомненно, что такая постоянная передача энергии из мест, обладающих большим ее запасом, в другие места, где ее менее, должна через очень долгий период времени повести к повсеместному уравнению энергии.

Но этого мало. Не следует забывать, что все колебания, которыми совершается уравновешение энергии между различными небесными телами и мировым пространством, неоднократно сопровождаются превращениями энергии одного рода в энергию другого. Свет нередко превращается в химическое действие, которое в свою очередь часто дает свет и тепло. Но не все роды энергии одинаково легко превращаются в другие, и всякий раз, когда происходит такое превращение, в энергии появляется наклонность переходить, по крайней мере, частью, от легко видоизменяемой формы, например, движения, к форме, которая видоизменяется с б улыпим трудом, например, теплоте.

Таким образом, энергия вселенной постоянно переходит от легко превратимых форм к более устойчивым, и, вследствие этого, возможность превращений в ней постоянно уменьшается. После долгого промежутка веков вся энергия примет форму, уже неспособную к превращениям, которая будет состоять в теплоте, равномерно распространенной по всей вселенной. В таком случае всякая жизнь и всякое ощутимое нами движение, по-видимому, должны прекратиться, так как известно, что для превращения теплоты в какую бы то ни было другую форму энергии совершенно необходимо иметь тела различной температуры  9. Это стремление мировой энергии к повсеместному уравновешению называется рассеянием анергии, или, по Клаузиусу, энтропией  10. Под этим именем Клаузиус понимает величину уже превращенной энергии, то есть поставленной в такие условия, что она уже не совершает обратных превращений. Такова, например, теплота, рассеянная в мировом пространстве. Отсюда становятся понятными основные положения Клаузиуса: 1) энергия вселенной постоянна; 2) энтропия вселенной стремится достигнуть максимума  11.

Теория рассеяния энергии, выраженная Томсоном и Клаузиусом, вызвала возражения со стороны Ранкина  12, который предположил, что вселенная может со всех сторон быть окружена абсолютно пустым пространством, от вогнутой поверхности которого равномерно распространенная теплота вселенной будет сполна отражаться и затем собираться в фокусах с высшей температурой, способной произвести в успокоившейся вселенной ряд обратных превращений. На это Клаузиус возразил, доказывая, что отраженное тепло, даже собранное в фокус, никогда не может превзойти температуры своего источника 13. Таким образом, пока не явится новых возражений, закон рассеяния энергии можно считать настолько же доказанным, как и закон ее сохранения.

Понятно, что если такова судьба всей энергии, обладающей высокой температурой, то легко представить себе, что совершится и с ощутимым нами движением во вселенной. Все пространство мира наполнено веществом, хотя очень редким, но достаточным для того, чтобы в конце концов уравнять всякое различие в движении, так же точно, как оно стремится уравнять и всякое различие в температуре. Таким образом, мир должен превратиться в массу, равномерно нагретую и совершенно неспособную производить какую-либо ощутимую работу, так как последнее возможно только при существовании различий в температурах.

Таким образом, только в чисто механическом смысле энергия вполне сохраняется. Но эта уравновешенная энергия уже неспособна давать начало разнообразным явлениям, в том числе неспособна поддерживать жизни организмов. Они существуют не самой энергией, а ее превращениями, а в энергии, превращенной в равномерную теплоту, нет ни малейшего повода к началу каких бы то ни было процессов, в том числе и жизненных. Превращенная энергия представляется как бы негодным остатком мировой деятельности, накопляющимся из года в год все более и более. В настоящее время накопление этого остатка еще не очень заметно, но никто не может поручиться, что со временем оно не станет очень значительным и для нашего ощущения 14.

Для того, чтобы нагляднее показать, что при полном уравновешении температуры и прочих физических сил, т. е. насыщении химического сродства и пр., не может проявляться никакого движения, — приведем следующее рассуждение Пуассона, ясно показывающее, что никакая система тел, находящихся в равновесии, не может выйти из него, если всякие внешние влияния на эту систему совершенно устранены: «Животное, как бы оно ни старалось, никогда не может переместить свой центр тяжести при помощи одной своей воли, без всякой внешней точки опоры. Человек и животное могут в вертикальном направлении опускать или поднимать свой центр тяжести, опираясь на землю. Они могут также двигаться в горизонтальном направлении при помощи трения о ее поверхность, но всякое передвижение станет для них невозможным, если их поместить на плоскости чрезвычайно гладкой, где сопротивление трения стало бы совершенно неощутимым  15.

Установив эти общие положения, мы уже можем обратиться к распределению энергии на нашей планете. Уже при самом своем происхождении Земля, если применять Канто-Лапласовскую теорию образования небесных тел, получила сравнительно небольшой запас превратимой энергии. Близость Земли к Солнцу, небольшой объем ее и значительная плотность, именно 5,5, т. е. далеко превышающая плотность всех верхних планет и самого Солнца, ясно указывают на сравнительно позднее отделение Земли от Солнечной туманности. Тем не менее до настоящего времени Земля охладилась уже гораздо более верхних планет. Большая плотность Земли способствовала этому двояким способом. Во-первых, она указывает на то, что Земля в значительной мере состоит из металлов, которые, как известно, обладают малой теплоемкостью. Во-вторых, она заставляет предполагать, что Земля произошла из самых плотных, т. е. наиболее охлажденных частей Солнца. При этом мы имеем право предположить, что вещество, из которого произошли верхние планеты, находилось в большей мере в состоянии диссоциации, чем то, из которого произошла Земля. Поэтому Земля и охладилась гораздо быстрее. Из опытов Сэн-Клэр-Девилля мы знаем, например, что для того, чтобы довести один грамм воды до температуры 2500°, нужно всего 1680 единиц тепла, между тем как при образовании одного грамма водяного пара из водорода и кислорода развивается 3833 единицы тепла  16. Отсюда понятно, что один грамм диссоциированной воды заключает в себе 3833—1680 ==2153 единицы тепла более, чем один грамм водяного пара при 2500°. Если, как мы имеем из вышесказанного достаточное основание предполагать, верхние планеты во время своего отделения от Солнца получили более диссоциированного вещества, чем Земля, то легко становится понятным, почему они менее охладились, хотя отделились ранее от Солнца и получали с тех пор от него менее лучистого тепла, чем Земля. Наконец и небольшой объем Земли сам по себе очень важная причина ее быстрого охлаждения, так как понятно, что тело, имеющее сравнительно со своей массой большую поверхность, охлаждается скорее.

Тем не менее, вероятно, внутренность Земли и теперь еще состоит из расплавленного вещества. По расчету В. Томсона  17, повышение температуры, равное на всей земной поверхности, средним числом, одному градусу на 100 футов углубления, дает возможность предполагать, что около десяти миллионов лет тому назад земная поверхность уже успела отвердеть или начала отвердевать, а по истечении сравнительно немногих тысяч лет после этого отвердевания кора охладилась уже настолько, что могла, по крайней мере, местами, служить обиталищем для живых существ в той форме, как мы знаем их теперь. Степень повышения температуры при опускании внутрь Земли равнялась тогда приблизительно 1° на каждые 6 или 10 дюймов, — обстоятельство, которое не могло иметь вредного влияния на жизнь растений.

К тому же приблизительно времени нужно отнести начало преобладания на земной поверхности лучистой энергии Солнца над собственной энергией Земли. Последняя, по крайней мере, на поверхности Земли, которая нас более всего интересует, находилась уже на значительной степени энтропии, т. е. была довольно равномерно распределена или, что то же, рассеяна. Действительно, если мы представим себе, что Солнце потухло в то время, когда Земля покрылась корой твердого вещества, и посмотрим, какие из ныне действующих на Земле родов энергии продолжали бы свое действие, то увидим, что их осталось бы весьма немного. Единственным источником энергии оставалась бы расплавленная внутренность Земли, но и эта энергия рассеялась бы гораздо скорее, чем теперь. Тем не менее некоторые роды энергии могли бы еще на время продолжать свое действие, например магнетизм, если вместе с Цельнером предположить, что земной магнетизм зависит от течений расплавленного металла внутри Земли  18. Кроме того, впредь до охлаждения внутренности Земли могли бы продолжаться землетрясения, вулканические извержения и могли бы еще существовать горячие источники и небольшие атмосферные течения по соседству с вулканами и горячими источниками. Но этим бы, вероятно, ограничились, и то на время не очень длинное, все проявления неравномерного распределения энергии на земной поверхности. Ныне действующие физические силы и явления, от них происходящие, не имели бы уже места. Даже приливы моря под влиянием Луны и потухшего Солнца, по всей вероятности, прекратились бы потому, что моря превратились бы в лед на всей своей глубине. Все метеорологические явления были бы устранены отсутствием водяного пара в атмосфере, почти совершенно покойной. На поверхности Земли химические сродства всех веществ находятся, за небольшими исключениями, в состоянии насыщения, то есть их энергия уже рассеяна. Слабая внутренняя теплота Земли, лишенной световых и химических лучей, не была бы в силах вызвать тех обратных процессов, восстановлений, которые составляют сущность растительной жизни. Почва осталась бы голой и в химическом смысле бездеятельной. Оставалось бы, может быть (мы скоро увидим, что, вероятно, тогда значительная часть кислорода воздуха находилась в соединении с углеродом), в атмосфере ненасыщенное сродство кислорода, но при низкой температуре, которая бы господствовала, оно не могло бы ни подействовать на азот, как и теперь почти не действует, ни тем более на другие, уже окисленные или вообще насыщенные тела. Наконец весьма вероятно, что при отсутствии нагревания Солнца энергия газов нашей атмосферы рассеялась бы настолько в пространстве, что они могли бы стать твердыми телами. Одним словом, если бы Солнце прекратило свое щедрое лучеиспускание, то на Земле господствовали бы темнота, холод, отсутствие всякой жизни и почти полное отсутствие всякого движения.

Но Солнце продолжает снабжать нас громадным количеством непревращенной энергии, и запас его еще очень велик. Мы думаем в дальнейшем ходе нашей работы подробнее заняться теориями строения Солнца, а здесь приведем только некоторые выводы. Один квадратный метр солнечной поверхности испускает, по Секки  19, 5 440 640 килограммометров, или 70642 лошадиных сил, работы. Нескольких метров солнечной поверхности достаточно, чтобы привести в движение все машины земного шара. 470 квинтиллионов лошадиных сил представляют собой общую работу Солнца. По вычислениям В. Томсона, на основании данных Кулье и Гертеля, лучистая теплота Солнца соответствует приблизительно 7000 лошадиных сил на каждый квадратный фут поверхности. Так что вся солнечная поверхность теряет ежегодно около 6 Ч1030 тепловых единиц 20. Одной химической энергии, доходящей от Солнца до Луны, было бы достаточно, чтобы произвести в одну минуту соединение 4,5 миллиона кубических километров смеси хлора с водородом. Химическая энергия, распространяющаяся от Солнца во все части вселенной, должна быть в 2200 миллионов раз больше, потому что Земля, если смотреть на нее с Солнца, представляется всего под углом в 17,5 секунд 21. Приняв наиболее распространенную теперь теорию, объясняющую источник солнечно-то тепла его собственным сгущением, мы находим, что нужно 18267 лет для уменьшения видимого диаметра Солнца на одну секунду и 3830 лет для охлаждения его температуры на один градус, если, как того следует ожидать, большинство вещества находится на Солнце еще в химически индифферентном состоянии, то есть диссоциировано 22.

Мы привели эти цифры единственно с той целью, чтобы показать, что уменьшение превратимой энергии на земной поверхности идет настолько медленно, и что запас для будущего получения ее еще настолько велик, что уменьшение ее не может в сколько-нибудь близком будущем оказать неотвратимо гибельное влияние на жизнь человека. Но отсюда еще не следует, чтобы мы могли считать распределение превратимой энергии на земной поверхности и теперь уже наивыгоднейшим и вполне удовлетворительным для человеческой жизни. Напротив, мы думаем, что возможность более выгодного распределения этой энергии находится, до известной степени, в руках самого человека.

Глава II
ПРЕВРАТИМАЯ ЭНЕРГИЯ НА ЗЕМЛЕ

Нам следует теперь обратиться к рассмотрению тех родов превратимой энергии, которые теперь распределены на Земле:

1. На первом месте по своей величине стоит энергия вращения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси. Оба эти движения представляют собой формы энергии еще очень превратимой (по Томсону — очень высокого порядка), именно механического движения. Известен расчет, по которому, если бы Земля внезапно остановилась в своем вращении вокруг Солнца, развилось бы количество тепла, равняющееся количеству тепла от сожжения угольного шара, превышающего массу Земли в 14 раз. Весьма значительна также энергия вращения Земли вокруг своей оси. Оба эти движения, однако, остаются почти без непосредственного влияния на распределение энергии на земной поверхности. Относительно энергии вращения Земли вокруг оси, это, впрочем, не вполне верно, так как известно, что энергия эта частью превращается в теплоту через трение об отстающую, под влиянием приливов, от движения Земли массу воды, температура которой от этого немного повышается, между тем как движение Земли замедляется, хотя и на ничтожную величину 23. Пользуясь силой прилива для приведения в действие машин, например мельниц, мы запасаемся этой силой в период поднятия или набегания приливной волны. Мы удерживаем часть воды на известной высоте, выжидаем время отлива и затем извлекаем пользу из ее падения. Продолжая поступать таким образом в течение долгого периода и на больших протяжениях, мы нашли бы, что это может влиять на постепенное ослабление быстроты вращения Земли 24. Как на один из вообще немногочисленных примеров индустриального пользования силой прилива укажем еще на предложение Маля 25, основанное на том, что в реках, при устьях которых движение прилива сильно, не происходит засорения русла илом и валунами, потому что движением сильного отлива они уносятся далеко в море. Устья многих рек в Англии уже раскопаны с целью пользоваться работой прилива, и Маль предлагает применить эту систему и во Франции. Из этих примеров мы видим, что пока еще вращение Земли вокруг ее оси очень мало применяется как источник двигательной силы на ее поверхности.

2. Мало чем б ульшую роль играет и внутренняя теплота Земли. В тех случаях, где она проявляется еще со значительной силой, т. е. во время землетрясений и извержений вулканов, деятельность ее имеет характер слишком случайный и неправильный, чтобы служить источником энергии, могущим входить как существенная часть в стройное целое процесса превращения энергии на земной поверхности, процесса, принявшего вообще характер большой постепенности и последовательности. Вот почему землетрясения и извержения вулканов являются на земной поверхности только как элемент пертурбационный, разрушительный, неожиданный и не подчиняющийся никаким расчетам при распределении энергии, а тем более каким-либо промышленным применениям.

Если отнести земной магнетизм к проявлениям энергии, заключающейся внутри Земли, то, конечно, он представляет собой силу, которой не следует пренебрегать, так как она играет и практическую роль в мореплавании, изготовлении научных приборов и пр. Во всяком случае, однако, величина этой силы очень незначительна в сравнении с общим количеством энергии, постоянно находящейся в обмене на земной поверхности.

Горячие источники представляют собой хотя небольшое, но довольно удобно распределенное количество превратимой энергии. Теплота их может служить для некоторых технических целей, например отопления жилищ, даже приготовления пищи, и таким образом косвенно помогать сохранению превратимой энергии на земной поверхности. В свою очередь теплота горячих источников уж слишком незначительна, чтобы быть самой в состоянии, без внешней прибавки энергии, превратиться в форму механического движения. По крайней мере нам неизвестны случаи применения горячих источников как двигательной силы, хотя в незначительной мере такое применение, конечно, возможно.

3. Ненасыщенное химическое сродство, за исключением свободного сродства кислорода атмосферы, почти не существует на земной поверхности. Внутри Земли еще есть большие массы свободных металлов, серы и других веществ, обладающих достаточной химической энергией, но ее действие или вовсе не обнаруживается на земной поверхности, или уже указано в предыдущем параграфе, например, когда говорилось об извержениях вулканов, землетрясениях и пр.

4. Одна из наименее превращенных форм энергии, то есть наиболее полезных в человеческом смысле этого слова, могущих дать значительное количество механической работы при своем превращении, есть движение воздуха, или ветер. Но нам не трудно показать, что движение воздуха есть не более как часть солнечной энергии, подвергнутой обратному превращению. Для того, чтобы произвести живую силу ветра, нужно потратить в несколько раз большее количество энергии Солнца, значительная часть которой низводится при этом на еще менее превратимую ступень, рассеивается в пространстве. Иначе и быть не может, так как низшая энергия, теплота Солнца, по закону рассеяния энергии никогда не может вся сполна перейти в высшую энергию, движение воздуха. Но часть тепла, превращенная в движение, при этом рассеивается, потому что ветер в сущности не что иное, как последствие стремления к уравнению температур.

Правда, таким образом часть солнечной энергии превращается в очень выгодную механическую работу, но зато вся она рассеивается безвозвратно. Мы не принимаем во внимание других источников движения воздуха, кроме теплоты Солнца, так как движения, производимые ими, сравнительно чересчур незначительны.

5. Сказанное относительно двигательной силы, доставляемой ветрами, приложимо и к силе водных течений, и вообще к силе падающей воды. Действительно, вода, падая, например на колесо мельницы, с высоты, доставляет такой процент полезной работы, какого не дает ни паровая, ни электромагнитная машина, ни даже более выгодно устроенный организм рабочего животного или человека. Но не следует забывать, какое громадное количество солнечной энергии было потреблено на то, чтобы путем испарения поднять воду на такую высоту, падая с которой она доставляет значительную сумму полезной работы.

6. Из всего вышесказанного мы уже начинаем замечать, что, несмотря на огромное количество получаемой от Солнца энергии, поверхность Земли далеко не богата не только очень превратимыми родами энергии, как, например, механическое движение, свободное химическое сродство, но даже и простой теплотой. Свободное химическое сродство, как мы говорили, почти не встречается на земной поверхности и даже вблизи поверхности, за исключением одного рода веществ, энергию которых, однако, нельзя также назвать энергией, принадлежащей Земле. Мы говорим о свободном химическом сродстве, заключающемся в топливе органического происхождения. Количество этого топлива сравнительно очень велико. По приблизительному расчету, британские пласты имеют около 190 000 000 000 тонн каменного угля, а североамериканские, говорят, содержат до 4 000 000 000 000 тонн 26. Но это количество, а также громадные массы другого органического топлива, например торфа, нефти и пр., образовались из растений, покрывавших в разные периоды земную поверхность, при помощи энергии, доставляемой Солнцем. Предполагают, что при помощи лучей Солнца растениям в течение долгих веков удалось насыщенное и лишенное превратимой энергии вещество, угольную кислоту, превратить в запас угля, обладающий громадным количеством такой энергии 27. В то же время под влиянием той же солнечной энергии кислород атмосферы освободился от соединенного с ним угля и заключает теперь в себе также массу превратимой энергии, представляющей основу для возможности существования высших организмов, то есть животных и человека.

7. Наконец, мы должны упомянуть еще о превратимой энергии, заключающейся в живых растениях, животных и людях. Пока нам достаточно только признать, что и она есть только сбереженная энергия Солнца, и затем перейти к общим условиям сбережения энергии.

Глава III
СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ

Мы ознакомились теперь с теми данными, при помощи которых надеемся получить основания для определения значения труда в мировом распределении энергии. Возьмем Землю опять в тот момент, когда она охладилась уже настолько, что поверхность ее была покрыта корой, не допускавшей теплоту расплавленной внутренности обнаруживать значительное действие на поверхности. Когда охлаждение Земли достигло уже такой степени, что диссоциированная вода превратилась в пар, а затем пар большей частью осел под видом воды, которая, увлекая за собой осевшие прежде воды соли, образовала моря в углублениях земной коры, в то время большинство химических процессов уже совершилось на земной поверхности. Химическое сродство было насыщено приблизительно в такой же мере, как и в настоящее время, если не принимать во внимание растительной жизни. Благодаря ее влиянию теперь насыщение химического сродства, вероятно, даже не заходит так далеко, как тогда, так как, по высказанному уже предположению, весь уголь, находимый теперь в недрах земли, тогда был в соединении с кислородом воздуха. Мы знаем, что теперь растения черпают свой углерод из углекислоты воздуха, и не имеем основания предполагать, чтобы в каменноугольном периоде они поступали иначе. Итак, мы вправе думать, что энергия ненасыщенного сродства в начале органической жизни была очень мала на земной поверхности, а превратимая энергия, еще сохраненная внутри, с постоянным возрастанием толщины земной коры все более и более утрачивала свое действие. Земля в то время получала, может быть, немного более солнечной энергии, чем в настоящее время, но зато и рассеивала свою энергию гораздо быстрее, чем -теперь. Главная причина этого очень простая: Земля была тогда гораздо теплее и потому отдавала более тепла и притом тепла очень высокой температуры, легко превратимого в механическую работу, самым бесполезным образом, в пространство. Большое количество лучистой энергии, получаемое от Солнца, весьма мало увеличивало превратимую энергию Земли, и легко понять, почему: химические лучи Солнца, не находя на ее поверхности таких тел, на которые бы они могли действовать, как действуют теперь, при помощи растений, т. е. разлагая насыщенные соединения и обращаясь лишь частью в превратимую энергию, в то время отражались и уходили в пространство. То же делалось и со световыми лучами. Тепловые лучи поглоща-

лись настолько, насколько поверхность Земли отдавала их опять в пространство, и увеличения превратимой энергии на земной поверхности от них не происходило. За исключением движения нагретого воздуха и воды, поднятой испарением, солнечная лучевая энергия не обращалась на Земле в превратимую энергию, так же точно, как мы это теперь видим на бесплодных, лишенных всякой растительности песках Сахары или на льдах, окружающих полюсы. Если не принимать во внимание теплоты внутренности Земли, то количество превратимой энергии, почерпнутой от Солнца, было в ту эпоху гораздо менее, чем теперь. Действительно, причислив к поверхности Земли слои, заключающие каменный уголь, на что имеем право, ввиду образования этих слоев на поверхности, мы теперь имеем громадный запас легкопревратимой энергии. Запас этот состоит в ненасыщенном сродстве громадной массы углерода, с одной стороны, и в ненасыщенном сродстве кислорода всей атмосферы — с другой. В то время, когда еще не было жизни на земной поверхности, когда, по всей вероятности, углерод теперешнего каменного угля с кислородом нынешней атмосферы составляли вместе насыщенное, т. е. лишенное превратимой энергии, соединение, углекислоту, тогда, несомненно, общий бюджет превратимой энергии на земной поверхности был меньше, чем теперь. Мы взяли каменный уголь только как пример. Этому явлению в истории земного шара можно подыскать еще и другие аналоги, например торфяные залежи, асфальтовые копи, нефтяные источники и разные горные породы органического происхождения.

Разберем общий ход явлений с тех пор и до настоящего времени. Внутренняя энергия Земли, чем ближе к нам, тем меньшую роль играет в составлении энергийного бюджета земной поверхности. Солнечная энергия получается, хотя постепенно, но в количестве все уменьшающемся. Очевидно, для того, чтобы при уменьшающихся источниках энергии на земной поверхности и в ближайших слоях под ней могло произойти накопление превратимой энергии, необходимо, чтобы происходил на земной поверхности процесс сбережения энергии, процесс, обратный рассеянию, или даже процесс превращения устойчивой энергии (теплоты) в высшую форму, более превратимую в механическое движение, потенциальное или кинетическое.

Можно сказать, не боясь сделать ошибки, что мы получаем на Земле энергию Солнца не в очень превратимом, но и не в чересчур уж устойчивом виде. Высокая температура, свет, химические лучи — все это такие роды энергии, которые, правда, с большой потерей на рассеяние, но все-таки частью переводятся на земной поверхности в более превратимые, высшие роды энергии, каковыми являются — механическая работа машин, сокращения мышц и, вероятно, психическая деятельность. В настоящее время земная поверхность, правда, с большей потерей, может быть, даже увеличивая немного ежегодные траты Солнца, возводит часть уже спустившейся по ступеням превращений солнечной энергии опять в наивысшие формы, самые превратимые, какие только способна принимать энергия.

Необходимо совершенно ясно представить себе всю трудность перехода низших форм энергии в высшие, чтобы понять, как при таком громадном получении Землей лучевой энергии от Солнца в действительности на ней господствует такая нужда в высших родах энергии. Но зато, действительно, и способы, которыми солнечная энергия может быть превращаема в механическое движение, крайне немногочисленны. Вот главнейшие из них: сообщение движения воздуху посредством изменения его упругости, поднятие воды путем испарения, химическая диссоциация при помощи растений, мышечная работа животных и человека, изобретение и устройство искусственных двигателей, машин при помощи психической и мышечной работы человека и высших животных.

Лучевая энергия Солнца, встречая уже отверделую, но еще не покрытую растительной жизнью поверхность Земли, отражалась от нее почти как от непроницаемой брони. Конечно, небольшая часть лучей поглощалась, но это поглощение вело за собой только временное возвышение температуры, которая падала через лучеиспускание в пространство, как только прекращалось действие Солнца. Конечно, нагревание поверхности Земли выражалось и небольшой механической работой; вследствие расширения и сжатия образовались трещины и т. п., но понятно, что эти ничтожные проявления механического движения не могут быть названы значительными превращениями теплоты в работу.

Химические лучи Солнца чересчур слабы, чтобы разложить насыщенные кремниевые, известковые, глинистые соединения, составляющие поверхность Земли. Они или частью превращались в теплоту, или непосредственно отражались в пространство. Та же участь постигала и лучи света.

Вода и воздух представляют более благодарное поле для превращения низшей энергии в высшую, чем земля, но и они почти совершенно лишены способности сберегать превращенную энергию. Механическое действие урагана может быть громадно. Если он сопровождается грозой, благодаря переходу части солнечной энергии в электричество, то механическое действие его еще усиливается ударами падающих искр молнии, но и это действие сейчас же само собой истощается и сейчас же рассеивает всю свою энергию, заставляя ее падать на еще низшую ступень, чем та, на которой она была получена от Солнца. Ветер дает громадный процент полезной механической работы, ударяясь о какое-либо сопротивление, например парус корабля или крыло мельницы, но зато запас высшей энергии, заключенной в стремящемся воздухе, большей частью тут же и истощается. Запасов превратимой энергии в воздухе не собирается, потому что в природе не существует резервуаров, которые могли бы сами собой наполняться сгущенным воздухом, энергия которого потреблялась бы по мере надобности.

Вода уже более способна к сбережению превратимой энергии, чем воздух. Правда, и вода составляет при своем падении такой выгодный процент работы лишь потому, что, упавши, она лишается для данной высоты разом всей накопленной в ней энергии, но зато вода под влиянием лучистой энергии Солнца испаряется и накопляется в резервуарах на возвышенных местах, где она вследствие своей подвижности, повинуясь тяготению, может быть рассматриваема содержащей большой запас потенциальной механической работы. Следует признать, однако, что сравнительно с количеством воды, существующей непроизводительно на поверхности Земли, и сравнительно с громадным количеством тепла, получаемого от Солнца, — несколько альпийских озер и быстрых рек представляют ничтожное накопление энергии. Этому не следует и удивляться, приняв во внимание, что сбережение в испарившейся воде происходит лишь случайно, вследствие неровностей Земли, между тем как наибольшая часть воды падает непосредственно на поверхность Земли в виде дождя, снега росы, инея, в таких местах, где она почти всю механическую работу совершает тотчас же при падении, не имея возможности сберегать значительную часть ее на будущее время. Тем не менее мы остановились на механической работе, заключающейся в движущемся воздухе и в воде, потому что они дают б ульший процент полученной работы, чем машины и даже животные, что легко станет понятным если принять во внимание, что их движение перед работой есть уже энергия высшего порядка, чем та, которая находится в топливе или пище перед их потреблением 28.

Глава IV
ПОЯВЛЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ. ЗНАЧЕНИЕ РАСТЕНИЙ В РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭНЕРГИИ

Таким образом, до появления органической жизни на земной поверхности запас превратимой энергии был вообще невелик, а главное, распределен неравномерно в разных частях Земли и мог приходить в действие только в некоторые эпохи, наиболее для того благоприятные. Появление органической жизни на Земле не только изменило в высшей степени вид и свойства поверхности Земли, но также и количество и способ распределения высших родов энергии.

Мы вовсе не будем здесь входить в рассмотрение спорных пунктов, касающихся первого появления организмов. Укажем только на один факт, самый важный, по нашему мнению: химические лучи Солнца, недействительные по отношению к некоторым соединениям, например угольной кислоте, аммиаку и пр., при той температуре, с которой они доходят на земную поверхность, получают способность разлагать их при помощи растений. Следовательно, мы были только относительно правы, говоря прежде, что эти лучи все отражались или превращались в теплоту. Так оно было вначале, но, зная зависимость химических действий от разных обстоятельств, кажущихся побочными, например продолжительности действия, количества присутствующих веществ, формы их распределения, диффузии, электрических процессов и пр., мы должны предполагать, что химические лучи Солнца, недействительные для разложения углекислоты, аммиака и составных частей почвы при обыкновенных обстоятельствах, могут стать действительными при каком-нибудь особом сочетании этих обстоятельств. Прибавим, однако, что обе главные гипотезы о начале организмов, стоящие ныне друг против друга, то есть сотворение и произвольное зарождение, кажутся настолько невероятными даже таким знаменитым ученым, как В. Томсон и Гельмгольц, что они склоняются к третьей, именно — к предположению, что первые зародыши организмов были занесены на Землю падающими из всемирного пространства метеорными камнями  29.

Гораздо важнее, нежели вопрос о первом появлении организмов, для учения о распределении энергии на земной поверхности вопрос об их распространении. Почему организмы, самое появление которых требовало стечения обстоятельств столь благоприятных и редких, что

мы до сих пор еще не могли проследить, каковы именно эти обстоятельства, как скоро появились, то быстро размножились и теперь покрывают собой большую часть поверхности земли и населяют моря? Нам кажется, что на этот вопрос уже легче дать ответ более или менее удовлетворительный. Организмы распространяются, потому что с успехом выдерживают борьбу за существование с неорганической природой, во всех тех случаях, где запас превратимой энергии у них больше, чем в окружающих их неорганических веществах. Действительно, организмы не могут существовать ни в клокочущей лаве вулканов, ни даже в виде горячих источников или среди песков пустыни, часто взрываемых ветром. Даже обыкновенный, быстро текущий ключ или вовсе не заключает организмов, или только такие, которые попали в него позже, окрепнувши, а первые стадии своего развития прошли в другом, более покойном месте. Во всех местах, где существует значительное механическое движение, где, следовательно, превратимой энергии много, организм со своим небольшим количеством высшей энергии не выдерживает борьбы за существование, так как его движение, рост, питание и пр. разрушаются ежеминутно посторонними, более сильными движениями. Напротив, в месте, лишенном значительного количества превратимой энергии, движения организма оказываются сильнейшими, и он беспрепятственно продолжает свое развитие.

Весьма интересные опыты Хорвата 30 послужили исходной точкой для высказанного нами взгляда. Сущность опытов заключается в следующем. Хорват брал четыре, по возможности, одинаковые стеклянные трубочки, до половины наполненные одной и той же питательной жидкостью, на пол-литра которой прибавлял по две капли жидкости, содержащей бактерии. Число бактерий было так незначительно, что питательная жидкость трубочек оставалась ясной. Все трубочки тотчас же закрывались. Две из них прикреплялись особо приспособленным образом к машине, движимой водой, которая во время своего хода сильно взбалтывала содержимое трубочек. Другие две трубочки ставились в покойном месте, вблизи взбалтываемых. По окончании опыта, через 24 или 48 часов, жидкость трубочек, стоящих в покое, была молочно-мутной и при микроскопическом исследовании оказалась содержащей значительные количества Bacterium termo и Bacterium bacillus (Cohn). Жидкость в тех трубочках, которые взбалтывались машиной, оставалась ясной. Бактерии в ней не размножались не только во время взбалтывания, но даже и при последующем покое в течение 48 часов при температуре 25° до 30°, если только взбалтывание продолжалось достаточное время, например около 48 часов.

Заканчивая изложение своих опытов над бактериями пожеланием, чтобы подобные же опыты были повторены и над дрожжами, инфузориями, растительными семенами и пр., Хорват приводит следующий пример в подтверждение своего мнения о том, что сильные движения препятствуют развитию жизни: «Все те воды, океаны, моря, реки, которые, представляя все выгодные условия для развития жизни 31 тем не менее содержат в сравнении со стоячими водами мало растний и животных, - все эти воды часто бывают в сильном движении и никогда не бывают в покое» 32.

Таким образом, обладая известным запасом превратимой энергии, известной способностью к механическому движению, например росту корня вниз, а стебля вверх, и встречая почти везде на земной поверхности отсутствие механического движения, имея, если можно так выразиться, почти что монополию сбережения солнечной энергии, заключающей в себе еще значительную часть превратимых в высшую. форму элементов, — растения в действительности стали совершать с успехом это превращение и продолжают его и до сих пор. Громадные залежи каменного угля и атмосфера, в значительной степени освобожденная от содержания углекислоты, являются главными свидетелями многовековой деятельности растений.

В настоящее время принято, для большего удобства расчетов, всякий процесс, оканчивающийся образованием химического движения, то есть одной из высших форм превратимой энергии, приравнивать к действию термической машины, то есть такой машины, в которой теплота переходит в работу. Начало такому общему взгляду на происхождение механической энергии положено гораздо ранее развития механической теории тепла исследованиями Сади Карно, который уже в 1824 году говорил: «Чтобы рассматривать принцип происхождения движения из теплоты во всей его широте, нужно представить его себе независимым от какого бы то ни было механизма, какого бы то ни было определимого вещества; нужно установить ход рассуждений, применимых не только к паровым машинам, но и ко всякой вообразимой огневой машине, каково бы то ни было вещество, пущенное в ход, и каков бы ни был способ, которым на него действуют». И далее:«Везде, где существует различие в температуре, может быть и происхождение двигательной силы» 33.

Мы знаем, однако, что никогда вся теплота не может быть превращена в работу, и наилучше устроенные паровые машины не дают более 1/5 или 1/4 полезной работы. Остальная теплота падает еще ниже относительно превратимости, теряет способность быть даже превращенной в работу, рассеивается. Но для того, чтобы правильно судить о количестве полученной работы и потраченной теплоты, необходимо, чтобы в машине совершился круговой процесс превращения теплоты в работу и обратно работы в теплоту, так как иначе мы не имеем возможности точно представить себе количество теплоты, находящейся в полученной работе 34. Вот что Карно называет циклом операций или круговым процессом. По его мнению, рассуждать об отношении между полученной работой и теплотой, потраченной на произведение работы, можно только тогда, когда цикл окончен. Взяв известное количество пара и дав ему просто расширяться, мы на основании потраченной во время этого процесса теплоты и полученной работы не имели бы право сказать, что исчезнувшее количество тепла представляет эквивалент полученной работы. В самом деле, при окончании действия пары находятся в другом состоянии относительно давления и температуры, чем при начале. Вначале это могли быть насыщенные пары, имевшие известную температуру; в конце же процесса, если были приняты известные предосторожности, пар хотя и мог остаться насыщенным, но температура его была другая; поэтому нельзя сказать — обладают ли эти пары тем же количеством энергии, каким обладали в первоначальном состоянии, или нет. Мы не имеем разумного основания для определения количества тепла, перешедшего в работу, если рабочее вещество является вначале одним, а в конце другим. Если же при помощи какого-нибудь приспособления нам удастся вновь привести рабочее вещество к прежнему состоянию, в таком случае мы получим право сказать, что так как это вещество вернулось к своему первобытному состоянию, то, значит, в нем не произошло теперь и изменений, — и тогда уже можно рассуждать о всех внешних явлениях, происходивших во время процесса, и определять условия эквивалентности между ними.

Другая великая заслуга Карно заключается в мысли о совершенной машине, в которой совершался бы оборотный процесс — оборотный; не в обыкновенном техническом смысле обратного действия частей, а в том смысле, что, кроме превращения теплоты в работу, машина может совершать оборотный круговой процесс и, давая работу, возвращать, так сказать, теплоту от холодника к паровику. Здесь мы имеем извращение всего процесса, а не изменение в направлении движения машины. Карно ввел такое понятие и доказал, что если бы удалось получить машину, в которой происходил бы оборотный круговой процесс, то это была бы машина совершенная, понимая под совершенством машины возможность установить условия обратного кругового процесса, совершенно независимо от природы рабочего вещества в машине 35.

Мы уже дали краткий очерк учения о тепловой машине, так как оно облегчит нам изложение последующего. Тем не менее растения не могут быть непосредственно сравниваемы с тепловой машиной или с электромагнитной, что в данном случае безразлично. Растения главным образом сберегают только солнечную энергию, но не превращают ее в механическую работу. Они останавливаются на полдороге, превращая ее только в свободное химическое сродство. Поэтому в растениях не может быть и речи о круговом процессе. Количество механического движения, образующегося в растениях, крайне ничтожно. Движение спор у тайнобрачных, тычинок у некоторых явнобрачных, например барбариса, рост корня и стеблей, закрывание и-открывание цветов, опускание и поднимание листьев у мимоз и др., поворачивание цветов и листьев к солнцу, ловля насекомых мухоловками, — все это движения по большей части не быстрые, слабые и совершающиеся на малом протяжении. Они представляют собой всю небольшую сумму механической работы, совершаемой растениями. В сравнении с количеством получаемой растениями солнечной энергии, даже в сравнении с частью ее, превращаемой растениями в свободное химическое сродство, механическая работа, доставляемая растениями, настолько незначительна, что мы пока можем оставить ее без подробнейшего разбора.

Гораздо важнее накопление растениями превратимой энергии в форме химического сродства. Мы видели, что растения именно потому, что не совершают кругового процесса, не превращают получаемую теплоту, свет и химическую энергию в механическую работу, уже успели в течение веков накопить значительный запас превратимой энергии на земной поверхности. Это накопление энергии, это сбережение ее продолжается при помощи растений и в настоящее время. Действительно, мы знаем, что Земля теряет в пространство, рассеивает такое количество тепла, какое соответствует различию температуры между поверхностью Земли и пространством. Но при совершенно одинаковой температуре количество энергии, в том числе и скрытого, нелегко освобождаемого тепла, в разных случаях может быть очень различно. Совершенно правильно говорит Секки 36: «Солнечные лучи, падая на растения, не отражаются и не разбрасываются так, как это случается, когда они падают на голые камни или на пески пустыни. Они в значительной мере задерживаются, и механическая сила их колебаний потребляется на разрушение соединений, составленных из кислорода с углеродом и водородом, соединений устойчивых, известных под именем углекислоты и воды».

Но что же при этом происходит? Часть солнечной теплоты пропадает, как теплота. Она задерживается на поверхности Земли, не нагревая ее, не повышая ее температуры, не увеличивая ее потери. При равной потере Земля получает больше энергии или при равном получении теряет меньше. Как бы мы ни рассматривали этот процесс, в обоих случаях на поверхности вследствие деятельности растений получается накопление энергии и притом не рассеянной энергии в роде тепла, электричества или даже света, а высшей, сохранимой веками и способной ко всем возможным превращениям. Именно потому, что растения во время своей жизни не дают полного кругового процесса, они действительно увеличили и продолжают увеличивать запас превратимой энергии на земной поверхности. На земле растения — злейшие враги мирового рассеяния энергии.

Сколько именно растения сберегают солнечной энергии, например, в течение года, вычислить еще очень трудно, так как для этого следовало бы знать количество тепла, получаемое всеми растениями на Земле, и количество рассыщенного сродства, сберегаемое в них в течение года через разложение углекислоты, аммиака и других насыщенных или близких к насыщению соединений. Так как в некоторых странах Европы уже сделаны расчеты необходимого числа градусов тепла, нужных для того, чтобы довести до зрелости разные сорта хлебов и других возделываемых растений; так как, кроме того, средние урожаи этих растений также известны, а состав почвы всегда может быть определен, то можно надеяться, что скоро удастся определить, какой процент получаемой от Солнца энергии может сберечь в высшей форме питательного вещества и топлива десятина пшеницы или в материале для одежды десятина конопли и т. п. В настоящее время наибольшее затруднение для такого определения энергии заключается не в вычислении энергии сбереженной, но в определении энергии получаемой. Несомненно, что на жизнь растений -имеют влияние, кроме теплоты солнечных лучей, еще и свет, и химическое действие их, а для них эквиваленты в теплоте или механической работе еще не могут быть найдены с достаточной точностью.

Таким образом, в растениях совершается работа поднятия части солнечной энергии с низшей ступени на высшую, точно так, как подобная же работа совершается в воде, испарившейся под влиянием тепла и накопившейся потом в каком-либо резервуаре на возвышенном месте, или в воздухе, нагретом и приведенном таким образом в состояние большей упругости. Главная разница между этими процессами заключается в том, что у растений энергия накопляется в форме химического сродства, в воде же и воздухе непосредственно в виде потенциального или кинетического механического движения. Но ни та, ни другая энергия, предоставленная сама себе, не служит к поднятию нового количества энергии на высшую ступень. Воздух, потеряв при переходе в более холодное место часть своего тепла, теряет и упругость, заставлявшую его двигаться. Работа его превращается в теплоту и рассеивается. Вода, прорвав препятствия, которые ее задерживают, сбегает по склону горы в реку, а оттуда в море, Работа ее также превращается в теплоту через трение о дно ее русла, о камни, которые она с собой уносит и т. д. В конце концов эта работа бесполезно рассеивается в пространстве. Растения, предоставленные самим себе, или сгнивают и разрушаются, окисляясь на кислороде воздуха и рассеивая сбереженную в себе энергию, или при благоприятных обстоятельствах обугливаются, и уголь этот сохраняется под новыми слоями осевшей почвы. В последнем случае значительная часть энергии растений сберегается, но только складывается в запас, а не способствует поднятию нового количества низшей энергии на высшую ступень. Энергия, сбереженная в каменном угле, есть, в сущности, только сбереженное солнечное тепло, но еще не высшая энергия, потому что понятно, что химическое сродство угля для того, чтобы дать действительно высшую ступень энергии, т. е. механическую работу, должно быть предварительно обращено в теплоту, и затем теплота уже в механическую работу. При этом, конечно, происходит всегдашнее рассеяние тепла.

Таким образом, если проследить историю сбережения солнечной энергии на земной поверхности, то мы увидим, что в то время, когда температура земной поверхности поддерживалась, главным образом, изнутри Земли, сбережения этого вовсе и не происходило. Уже позже, когда главным источником тепла для земной поверхности стало Солнце, когда появились на Земле пояса и прочие различия температуры, часть солнечной энергии стала превращаться воздухом и водой в механическую работу. Некоторая, незначительная часть энергии при этом сберегалась, но при своем потреблении все-таки целиком рассеивалась в пространстве. Доля энергии, сберегаемая растениями, уже гораздо значительнее, но и она пока не ведет к поднятию новой энергии на высшую ступень. О небольших, так называемых произвольных движениях растений мы уже упоминали и по незначительности их не рассматривали подробнее. Каменноугольные пласты представляют, правда, громадный запас превратимой энергии, но лишь потенциальной, не переходящей, за исключением разве движения угольных газов в пустотах, в кинетическую. Тем более энергия, сбереженная растениями и сложенная внутри Земли, не служит сама собою к производству новой высшей энергии.


  •  1)  Большая Советская Энциклопедия, 2-е изд., т. 44. — М., 1956 с. 134.

  •  2) В ряде случаев наличие опечатки не подлежало никакому сомнению. Вот некоторые примеры. Вместо магнетизм было напечатано механизм (с. 13); вместо отверделую напечатано отведенную (с. 24).
  •  3) См. Verdet. Theorie mecanique de la chaleur. T. I, p. 4—16.
  •  4) Секки. Единство сил, стр. XXX.
  •  5) Dьhring. Kritische Geschichte der allgemeinen Principien der Mechanik, 1873, стр. 120.
  •  6) Dьhring, l. с., стр. 318.
  •  7) Le Sage. Lucrиce Newtonien Memoires de Berlin, 1782 и Prevost. Deux traitйs de Physique mйcanique. Geneve, 1818.
  •  8) Тэт. О новейших успехах физических знаний. 1877, стр. 328.
  •  9) W. Thomson. О всеобщем стремлении в природе к рассеянию энергии. Цитир. у Тэта, 1. с., стр. 19.
  •  10) Clausius. Theorie mecanique de la chaleur. 1868. Т. I, стр. 411.
  •  11) Clausius, l. с., т. I, стр. 420.
  •  12) Rankine. Philosoph. Magaz. Serie 4. Т. IV.
  •  13) Clausius, 1. с., т. I, стр. 346.
  •  14) Balfour-Stuart. Conservation de 1'йnergie. 1875, стр. 157.
  •  15) Poisson. Traitй de mйcanique. T. II, стр. 451.
  •  16) Henri Sainte-Claire-Deville. Compt. Rend. d. 1'Acad. d. Scienc. T. LVI, стр. 200.
  •  17) Тэт, 1. с., стр. 153.
  •  18) Zцllner. Ueber den Ursprung des Erdmagnetismus.
  •  19) Secchi. Le-Soleil. Paris. 1875. T. II, стр. 258.
  •  20) Тэт, 1. с., стр. 144.
  •  21) Secchi, Le Soleil. Т. II, стр. 324.
  •  22) Secchi, 1. с. Т. II, стр. 273—277.
  •  23) Первая мысль о подобном влиянии прилива принадлежит Канту. См. его Theorie des Himmels. Koenigsberg, 1755.
  •  24) Тэт, 1. с., стр. 150.
  •  25) Comptes-Rendus. LI, стр. 762.
  •  26) Edinburgh Review, 1860. Coal Fields of North America and Great-Britain, стр. 88—89.
  •  27) На конгрессе Британского общества для развития наук, собравшемся осенью нынешнего (1880 — Ред.) года, Sterry Hunt предложил обширную и весьма интересную теорию для объяснения климатических изменений в течение геологических периодов. Теория эта, главным образом, основана на предположении, что углерод, сложенный теперь в запасах каменного угля, прежде находился в атмосфере под видом углекислоты. См. Revue Scientifique, № 22, 30 ноября 1878 г.
  •  28) Тэт, l. с., стр. 138.
  •  29) Lange. Geschichte des Materialismus. T. II, стр. 236.
  •  30) A. Horwath. Ueber den Einfluss der Ruhe und der Bewegung auf das Leben. В Pflьgers Archiv. f. d. g. Physiologie. Bonn, 1878.
  •  31) «Т. е. присутствие кислорода, света, теплоты и питательных веществ».
  •  32) A. Horwath, l. с., стр. 133.
  •  33) Sadi Carnot. Rйflexions sur la puissance motrice du feu. Paris, 1824, стр. 8 и 16.
  •  34) Sadi Carnot, l. с., стр. 20.
  •  35) Тэт, l. с., стр. 88—89 и Sadi Carnot, l. с., стр. 21.
  •  36) Secchi. Le Soleil. T. II, стр. 300.

Подолинский С.А., Труд человека и его отношение к распределению энергии. Гл. I-IV // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.14200, 02.02.2007

[Обсуждение на форуме «Наука»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru

Warning: include(/home/trinita2/public_html/footer.php) [function.include]: failed to open stream: No such file or directory in /home/trinita2/public_html/rus/doc/0016/001b/00161340.htm on line 395

Warning: include() [function.include]: Failed opening '/home/trinita2/public_html/footer.php' for inclusion (include_path='.:/opt/alt/php53/usr/share/pear:/opt/alt/php53/usr/share/php') in /home/trinita2/public_html/rus/doc/0016/001b/00161340.htm on line 395